中國(guó)科學(xué)院遺傳發(fā)育所等在小麥著絲粒研究中獲進(jìn)展
2023年12月12日來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院
普通小麥?zhǔn)侵饕募Z食作物之一。普通小麥的形成涉及三個(gè)祖先種的兩次遠(yuǎn)緣雜交和異源多倍化過(guò)程。小麥基因組大小約16 Gb，包含A、B和D三套既高度同源又有明顯分化的亞基因組（其中，90%以上為重復(fù)序列）。普通小麥具有良好的可雜交性，可以與多種近緣野生種進(jìn)行雜交，由此引入野生資源的優(yōu)異性狀，有效改良小麥的農(nóng)藝性狀。普通小麥著絲粒主要由衛(wèi)星重復(fù)序列和反轉(zhuǎn)座子組成，平均大小約8 Mb。不同倍性小麥參考基因組、大規(guī)模重測(cè)序以及多組學(xué)數(shù)據(jù)的發(fā)表，為小麥著絲粒的研究提供了重要的基因組資源。
遠(yuǎn)緣雜交和異源多倍化是指物種通過(guò)種屬間雜交和全基因組加倍，使多套染色體在同一細(xì)胞核內(nèi)穩(wěn)定遺傳的現(xiàn)象，是新物種形成和生物多樣性重要的驅(qū)動(dòng)力之一。遠(yuǎn)緣雜交可以拓寬作物基因庫(kù)的遺傳多樣性，改良作物關(guān)鍵農(nóng)藝性狀甚至創(chuàng)造新物種，具有不可替代的作用和獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。研究表明，作物遠(yuǎn)緣雜交和異源多倍化早期世代會(huì)經(jīng)歷不同程度的基因組沖擊，并伴隨染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)的異常，產(chǎn)生染色體重排以及單親染色體丟失等核型不穩(wěn)定現(xiàn)象。因此，對(duì)遠(yuǎn)緣雜交過(guò)程不同親本來(lái)源染色體組的穩(wěn)定和適應(yīng)機(jī)制進(jìn)行研究，有助于克服種間隔離，實(shí)現(xiàn)種質(zhì)資源更高效、更廣泛的利用。
中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所韓方普研究組長(zhǎng)期從事小麥遠(yuǎn)緣雜交與染色體工程育種工作。前期，課題組利用小麥遠(yuǎn)緣雜交材料，研究四倍體長(zhǎng)穗偃麥草的起源及快速二倍化；利用二倍體及四倍體長(zhǎng)穗偃麥草的優(yōu)良基因用于小麥赤霉病抗性遺傳改良。本研究在前期成果的基礎(chǔ)上，從頭創(chuàng)制一系列人工合成小麥材料，探討不同基因組著絲粒瞬時(shí)適應(yīng)遠(yuǎn)緣雜交和異源多倍化的方式，解析多倍體基因組核型穩(wěn)定的機(jī)制，為其他多倍體作物及潛在野生近緣種著絲粒的重新馴化奠定基礎(chǔ)。
該研究通過(guò)人工創(chuàng)制一系列四倍體和六倍體合成小麥材料來(lái)模擬自然界小麥多倍化過(guò)程，并通過(guò)著絲粒特異組蛋白CENH3抗體進(jìn)行ChIP-seq試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在小麥-山羊草合成材料F1、S0及有限世代連續(xù)自交過(guò)程中，著絲粒CENH3的裝載相對(duì)親本穩(wěn)定。這說(shuō)明面對(duì)基因組沖擊人工合成異源多倍體小麥早期世代著絲粒CENH3漸進(jìn)式進(jìn)化方式的普遍性，為剖析異源多倍體早期基因組相對(duì)穩(wěn)定提供了保證機(jī)制。
12月7日，相關(guān)研究成果以Wide hybridizations reveal the robustness of functional centromeres in Triticum-Aegilops species complex lines為題，在線發(fā)表在Journal of Genetics and Genomics上。該研究由遺傳發(fā)育所和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)合作完成。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。
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